AVL_CRUISE軟件在汽車仿真教學(xué)中的應(yīng)用研究

陸昌年

摘 要：AVL_CRUISE軟件可以仿真汽車的動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能等。因此在汽車的專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中有著重要的應(yīng)用。文章主要從AVL_CRUISE軟件建模、AVL_CRUISE軟件分析計(jì)算和仿真教學(xué)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：仿真教學(xué);建模;汽車教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G712 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-196-03

Research on the Application of AVL_CRUISE Software in Automobile

Simulation Teaching*

Lu Changnian

（ School of Automotive Engineering， Anhui Vocational and Technical College， Anhui Hefei 230011 ）

Abstract： AVL_CRUISE software can simulate the power performance， fuel economy and emission performance of automobiles. Therefore， it has an important application in the teaching process of automobile professional courses. This paper mainly elaborates on AVL_CRUISE software modeling， AVL_CRUISE software analysis calculation and simulation teaching design.

Keywords： Simulation teaching; Modeling; Automobile Teaching Design

CLC NO.： G712 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-196-03

1 AVL_CRUISE軟件概述

AVL_CRUISE軟件是奧地利AVL公司開(kāi)發(fā)的一款軟件，可以仿真模擬汽車的動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能等。該軟件的模塊化建模方法，可以使我們快速的構(gòu)建不同類型車型的計(jì)算模型。其完善的求解器可以提高仿真計(jì)算的速度，方便而快捷。AVL_CRUISE軟件的一個(gè)典型應(yīng)用是對(duì)汽車整車和發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真，它可以仿真計(jì)算汽車的等速油耗、循環(huán)工況油耗、汽車爬坡度、汽車各檔最大加速度、最高車速和0-100km/h加速時(shí)間等。

2 仿真教學(xué)的意義

仿真教學(xué)是一種全新的教學(xué)方法，它可以將理論知識(shí)與實(shí)踐操作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。讓學(xué)生親身感受仿真環(huán)境，可以充分激發(fā)學(xué)生的思考和創(chuàng)新意識(shí)等，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有很大的幫助。仿真教學(xué)方法是將來(lái)智慧課堂教學(xué)的基礎(chǔ)。仿真軟件經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與完善，可以快速和方便的構(gòu)建各種仿真分析模型，模擬計(jì)算各種實(shí)際性能。仿真教學(xué)軟件具有強(qiáng)大的人機(jī)交互性能，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法，動(dòng)手設(shè)置各種物理參數(shù)，然后仿真計(jì)算得到想要的分析結(jié)果，這在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)或?qū)嶒?yàn)環(huán)境中往往是做不到的。

3 AVL_CRUISE軟件建模

AVL_CRUISE軟件可以通過(guò)模塊化的建模方法，快速搭建一個(gè)汽車仿真分析模型，建模時(shí)常用通過(guò)用到以下模塊。

3.1 整車模塊（vehicle）

在整車模塊中主要設(shè)置一些整車參數(shù)，如油箱容積（Gas Tank Volume）、整車軸距（Wheel Base）、整車整備質(zhì)量（Curb Weight）、整車滿載質(zhì)量（Gross Weight）和整車滑行阻力（Total Driving Resistance）等。在轎車中，滿載質(zhì)量等于整車整備質(zhì)量加上375千克，計(jì)算依據(jù)是滿載時(shí)按五個(gè)人計(jì)算，每個(gè)人的體重按68千克計(jì)算，每個(gè)人的行李按照7千克計(jì)算，所以五個(gè)人的體重和行李總計(jì)為375千克。整車滑行阻力需要在滑行試驗(yàn)中實(shí)測(cè)，滑行阻力分為經(jīng)濟(jì)性滑行阻力和動(dòng)力性滑行阻力，動(dòng)力性滑行阻力是車輛滿載滑行時(shí)測(cè)得的，經(jīng)濟(jì)性滑行阻力是半載時(shí)測(cè)得的。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)模塊（Engine）

在發(fā)動(dòng)機(jī)模塊中，需要設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)燃油類型（Engine Type）、發(fā)動(dòng)機(jī)排量（Engine Displacement）、汽缸數(shù)（Number of Cylinders）、沖程數(shù)（Number of Strokes）、怠速轉(zhuǎn)速（Idle Speed）、最大轉(zhuǎn)速（Maximum Speed）、怠速油耗（Idle Consumption）、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性（Full Load Characteristic）和發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性（Fuel Consumption Map）。發(fā)動(dòng)機(jī)外特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門全開(kāi)時(shí)，測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化特性，或者是發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化特性。發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性是一種多參數(shù)特性，表示的是三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。一般表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和燃油消耗率之間的關(guān)系。

3.3 變速箱模塊（Gear Box）

在變速箱模塊中，需要設(shè)置變速箱各檔位傳動(dòng)比（Gear Ratio）和各檔位傳動(dòng)效率（Efficiency）等參數(shù)。變速箱各檔位的傳動(dòng)比是指在某個(gè)檔位時(shí)，變速箱輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比。當(dāng)然轉(zhuǎn)速很難測(cè)定，我們?cè)谟?jì)算傳動(dòng)比時(shí)都是用齒輪的齒數(shù)比計(jì)算。一般變速箱的一個(gè)檔位由兩對(duì)或三對(duì)齒輪構(gòu)成，每對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為從動(dòng)齒輪的齒數(shù)除以主動(dòng)齒輪的齒數(shù)，然后每對(duì)齒輪的傳動(dòng)比乘積即為該檔位的傳動(dòng)比。變速箱內(nèi)部的傳動(dòng)方式有齒輪傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)和電磁傳動(dòng)等等，每種方式的傳動(dòng)效率均不一樣，需要試驗(yàn)測(cè)定。

3.4 其他模塊

在建模過(guò)程中，很會(huì)用到很多其他模塊，比如車輪模塊（wheel）、離合器模塊（Clutch）、剎車模塊（Brake）、單極主減速器（Single Ration Transmission）、和差速器（Diff -erential）等，在這些模塊中需要設(shè)置的參數(shù)較少，也相對(duì)容易。

4 AVL_CRUISE軟件分析計(jì)算

建模完成后，就可以進(jìn)行分析計(jì)算了，計(jì)算完成后我們通常可以得到以下動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果。

4.1 動(dòng)力性計(jì)算結(jié)果

計(jì)算出的動(dòng)力性分析結(jié)果中，主要有各檔位最大爬坡度、各檔位最高車速和各檔位最大加速度等。最大爬坡度是在汽車滿載時(shí)測(cè)定，表達(dá)了汽車的爬坡能力，爬坡度一般用坡度的垂直距離除以坡度水平距離的百分比表示，汽車一檔的最大爬坡度一般達(dá)到30%即為合格。最高車速也反映了汽車的動(dòng)力性強(qiáng)弱，最高車速一般出現(xiàn)在最高檔位或者次高檔位上。汽車的加速性能一般可以用0-100km/h加速時(shí)間、4檔30-100km/h加速時(shí)間、4檔80-120km/h加速時(shí)間和5檔80-120km/h加速時(shí)間等參數(shù)來(lái)表達(dá)。

4.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果

在經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果中，主要有各檔位的等速油耗和循環(huán)工況油耗。等速工況油耗值相對(duì)較低，在不同檔位不同車速的等速油耗中，檔位越高車速越低則等速油耗越低，當(dāng)然每個(gè)檔位有個(gè)最低穩(wěn)定車速，低于此車速時(shí)汽車無(wú)法正常行駛。循環(huán)工況油耗包括城區(qū)循環(huán)工況油耗、郊區(qū)循環(huán)工況油耗和綜合循環(huán)工況油耗。城區(qū)循環(huán)工況油耗最高，郊區(qū)循環(huán)工況油耗最低。

5 仿真教學(xué)設(shè)計(jì)

在用AVL_CRUISE軟件進(jìn)行仿真教學(xué)時(shí)，我們可以設(shè)計(jì)以下教學(xué)環(huán)節(jié)以提升教學(xué)效果。

5.1 課前自主預(yù)習(xí)

在課前學(xué)生要重點(diǎn)預(yù)習(xí)整車模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊和變速箱等模塊的參數(shù)含義，要知道每個(gè)參數(shù)所表達(dá)的意思。另外對(duì)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性也要能夠理解。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程的疑問(wèn)可以相互討論，討論無(wú)法解決的問(wèn)題，教師在課堂開(kāi)始前進(jìn)行統(tǒng)一講解。

5.2 教師課堂操作演示

教師首先要操作演示一遍建模過(guò)程、求解計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的查看。教師的操作過(guò)程需要用多媒體一體機(jī)進(jìn)行投屏，讓學(xué)生觀看更清楚。在學(xué)生疑問(wèn)較多的地方，教師要反復(fù)操作演示，直到學(xué)生理解。

5.3 學(xué)生分組上機(jī)練習(xí)

學(xué)生觀看完教師的操作演示后，開(kāi)始分組上機(jī)練習(xí)?？梢?-6名同學(xué)為一組，小組內(nèi)可以相互討論，在建模環(huán)節(jié)設(shè)置的參數(shù)較多，而且該軟件的界面為英文界面。所以小組內(nèi)討論解決不了的問(wèn)題，就舉手提問(wèn)。

5.4 教師點(diǎn)評(píng)

學(xué)生練習(xí)結(jié)束后，教師要及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，重點(diǎn)點(diǎn)評(píng)學(xué)生分組練習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，對(duì)普遍存在的問(wèn)題，教師要從理論到操作步驟逐一進(jìn)行講解。教師點(diǎn)評(píng)結(jié)束后，要給出每組學(xué)生的成績(jī)，作為該課程考核的過(guò)程考核成績(jī)。

5.5 課后提升

學(xué)生分組練習(xí)結(jié)束后，肯定很會(huì)有一部分同學(xué)沒(méi)有完全理解，對(duì)這部分同學(xué)要進(jìn)行課后提升，將這部分同學(xué)編成1-2組，在課后讓其去實(shí)訓(xùn)室自主進(jìn)行練習(xí)，直至完全掌握為止。

6 小結(jié)

在汽車專業(yè)課程的教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用軟件去替代真實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在這部分仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師要掌握軟件操作并合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，從而達(dá)到仿真教學(xué)的預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)

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